一種鈦合金的表面強(qiáng)化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦合金的表面強(qiáng)化處理，具體涉及一種通過(guò)表面滲氧提高鈦合金的表面硬度及耐磨性的強(qiáng)化處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金因具有比重小、比強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)異以及優(yōu)良的生物相容性等一系列優(yōu)異的性能而在航空航天等國(guó)防工業(yè)以及石油化工等民用工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是由于其硬度低，表面不耐磨，從而限制了其更為廣泛的應(yīng)用。
[0003]滲氧處理是提高鈦合金表面硬度，進(jìn)而提高其耐磨性的一種強(qiáng)化方法。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN104099641A公開(kāi)了一種鈦合金滲氧方法，包括:1)，生產(chǎn)含氧化鈦的炭陽(yáng)極；2)、將焙燒好的含氧化鈦炭陽(yáng)極安裝在鋁電解槽上，直接進(jìn)行電解生產(chǎn)鋁鈦合金。該方法對(duì)鈦合金進(jìn)行α硬化處理，其表面顯微硬度HV彡500kg/mm2, α硬化層深度d = 0.035?
0.100mm，提高相對(duì)耐磨性達(dá)100倍，有效地提高了鈦合金件的使用壽命。中國(guó)發(fā)明專利“一種鈦合金滲氧表面強(qiáng)化處理方法”(授權(quán)公告號(hào):CN102400086B)，將鈦合金材料置于經(jīng)過(guò)處理的介質(zhì)中，在大氣氣氛下，普通空氣爐中加熱至700?850°C，保溫30?6000min ;利用該方法在鈦合金試件表面形成氧固溶硬化層，所述氧固溶硬化層的深度為80?120 μ m ;所述介質(zhì)為Zr02粉末。中國(guó)發(fā)明專利“一種鈦合金滲氧一擴(kuò)散固溶復(fù)合表面強(qiáng)化處理方法”(授權(quán)公告號(hào):CN1314827C)，公開(kāi)了一種鈦合金表面強(qiáng)化處理方法，具體方法為:(1)將鈦合金材料置于經(jīng)過(guò)酸洗凈化處理的18031203、5102、(:粉等介質(zhì)中，粒度在360目?10目之間。在大氣氣氛下的普通空氣爐中加熱750?850°C，保溫30min?600min ； (2)然后將處理的試件置于封閉裝置中，在800?900°C的溫度下，保溫10?50h。然后得到所需要的鈦合金試樣。中國(guó)發(fā)明專利“一種鈦合金滲氧的方法”(授權(quán)公告號(hào):CN1146673C)，將鈦合金件埋在經(jīng)過(guò)處理的介質(zhì)中，放在普通空氣加熱爐內(nèi)，在700?850°C的溫度下，保溫2?14小時(shí)，然后通過(guò)加工方法，去掉鈦合金表面的氧化膜，用該方法對(duì)鈦合金進(jìn)行α硬化處理。
[0004]上述方法工藝比較復(fù)雜，處理過(guò)程中會(huì)在表面形成氧化膜，需要進(jìn)行去除氧化膜的加工過(guò)程，導(dǎo)致整個(gè)過(guò)程工業(yè)化實(shí)施難度大。因此，需要尋求一種新的更為簡(jiǎn)單、易行的滲氧處理辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種鈦合金的表面強(qiáng)化處理方法，對(duì)鈦合金進(jìn)行表面無(wú)膜滲氧強(qiáng)化，從而可以更顯著延長(zhǎng)鈦合金的使用壽命，使其得到更大的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鈦合金的表面強(qiáng)化處理方法，具體步驟如下:
(1)將待處理的鈦合金試件放置在一端開(kāi)口的玻璃管中；
(2)在所述玻璃管中同時(shí)放入氯酸鉀和Μη02;
(3)先對(duì)所述玻璃管進(jìn)行抽真空處理，再通入氬氣，使其維持在一個(gè)大氣壓，然后將所述玻璃管的開(kāi)口端封閉，真空度< 130Pa ;
(4)將步驟(3)處理后的所述玻璃管放置在密閉的加熱爐中，對(duì)所述加熱爐進(jìn)行抽真空處理，然后通入氬氣，維持在一個(gè)大氣壓，然后使用閥門對(duì)其進(jìn)行關(guān)閉；
(5)對(duì)所述加熱爐進(jìn)行加熱升溫，升溫到900?910°C并進(jìn)行保溫，然后隨爐冷卻；
(6)冷卻后將所述玻璃管擊碎，取出即得到所需要的鈦合金試件。
[0007]上述技術(shù)方案中，步驟(5)中，加熱升溫時(shí)的升溫速率控制在3?10°C /min。
[0008]步驟(5)中，保溫的時(shí)間為150?180min。
[0009]步驟(2)中，將玻璃管開(kāi)口端封閉的方法為，采用酒精燈直接對(duì)所述玻璃管管口進(jìn)行加熱，使其軟化形成封閉。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)中所述的氯酸鉀和所述的Μη02的摩爾比為4?0.25。
[0011]氯酸鉀和二氧化錳用于生成氧氣，通常，鈦合金試樣和生成的氧氣的質(zhì)量比控制在6?60。
[0012]上述技術(shù)方案中，步驟(1)中所述玻璃管是S1jlj成的玻璃管。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、現(xiàn)有技術(shù)中先氧化或加熱，再進(jìn)行滲氧，會(huì)在表面形成氧化膜，本發(fā)明直接使用玻璃管進(jìn)行封閉處理后，一步加熱進(jìn)行滲氧，可以實(shí)現(xiàn)表面無(wú)氧化膜滲氧，消除氧化膜帶來(lái)的不利影響，不影響試件的表面光亮；同時(shí)，該方法可處理復(fù)雜形狀的零件；硬化效果好、均勻，且可以控制，大大延長(zhǎng)了零件的使用壽命。
[0014]2、利用本發(fā)明方法可對(duì)鈦合金試件表面進(jìn)行氧的固溶硬化處理，以此提高鈦合金表面的顯微硬度，達(dá)到強(qiáng)化的目的。用本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)合金表層的硬度達(dá)到HV700~900，氧的固溶硬化深度為40?300 μ m。
[0015]3、本發(fā)明采用石英玻璃管進(jìn)行加熱封閉，不需要焊接密閉的容器，操作容易、成本低。
[0016]4、由于采用封閉玻璃管加熱滲氧，可以對(duì)航空航天、導(dǎo)彈、汽車、石油化工等領(lǐng)域使用的各種不同形狀及復(fù)雜形狀的鈦合金零部件實(shí)行整體、均勻、一體強(qiáng)化處理。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例中的使用的加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中:1、加熱爐；2、鈦合金試樣；3、玻璃管；4、氯酸鉀和二氧化錳；5、閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:參見(jiàn)圖1所示，為本發(fā)明進(jìn)行鈦合金滲氧強(qiáng)化處理用的玻璃管及其加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，玻璃管3放置在加熱爐1中，玻璃管內(nèi)分別放有鈦合金試樣2，以及氯酸鉀和二氧化錳4，加熱爐1上設(shè)有抽氣口，抽氣口上設(shè)有閥門5。
[0020]對(duì)鈦合金材料進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，方法如下:
(1)將鈦合金材料真空玻璃管中，優(yōu)選的，玻璃管選用Si02制成的玻璃管；
(2)在玻璃管中另外一端同時(shí)放入氯酸鉀化學(xué)純物質(zhì)和胞02化學(xué)純催化劑；優(yōu)選的，氯酸鉀化學(xué)純物質(zhì)和胞02化學(xué)純催化劑的比例為，摩爾比4:1，鈦合金的質(zhì)量與氧氣的質(zhì)量比控制在55.56。
[0021](3)將真空管中的氣體抽走，并通入氬氣，使其維持在一個(gè)大氣壓，然后將玻璃管加熱進(jìn)行封閉；具體加熱封閉方式，采取酒精燈直接對(duì)玻璃口進(jìn)行加熱，使其軟化形成封閉。
[0022](4)將玻璃管放置在密閉的加熱爐中，加熱爐也進(jìn)行抽真空，并通入氬氣，維持在一個(gè)大氣壓，然后使用閥門對(duì)其進(jìn)行關(guān)閉。
[0023](5)對(duì)加熱爐進(jìn)行加熱，升溫速率控制在3°C /min,